面向大容量无线业务接入的灵活光承载技术研究

发布时间：2020-04-11 00:20

【摘要】：基于云计算的无线接入网络(C-RAN)中基带处理单元(BBU)集中化管控的特点有利于移动网络联合的资源分配和数据处理,低功耗、精简的远端射频单元(RRU)则利于密集化的小区部署,增强网络的覆盖范围和容量。前传作为BBUs和RRUs之间信息交互的高速通道,在C-RAN网络中扮演着重要的角色。传统的光纤技术承载的前传网络中链路分配相对固定,架构不灵活,造成前传资源分配低效;承载能力受限的前传网络和日益增长的业务带宽需求之间也产生了冲突;不断扩大的网络规模造成了更多的能量消耗。本文在不同的应用场景下,深入分析和开展了光纤技术承载的前传网络中的资源分配、负载均衡、带宽分配、能量效率等研究工作,从而尽可能提升前传网络的性能。本文主要的研究内容和创新点包括以下方面:(1)提出了一种时分与波分复用无源光网络(TWDM-PON)承载的前传网络中基于小区工作模式的资源调度分配算法。该算法针对C-RAN网络中的潮汐现象,基于小区激活、休眠等不同的工作模式,结合TWDM-PON时分复用和波分复用的特点,在满足小区带宽需求、网络拓扑等约束条件的情况下,动态灵活地调整前传中波长的分配,尽可能的减少不必要的资源浪费。同时,该算法在控制小区业务迁移的情况下,通过合理分配不同波长之间承载的业务量,降低了前传网络的负载不均衡。仿真结果表明,相比传统资源分配低效、架构不灵活的前传网络,本文提出的TWDM-PON承载的前传中基于小区工作模式的资源调度分配算法在均衡网络负载的同时,随着网络中业务和休眠小区数量的变化,能够节省大约12%-87%的波长资源。此外,在算法实现过程中提出的自适应并行遗传算法相比非线性整型规划方法在获得可比拟的优化结果的同时,具有更低的时间复杂度,更适合于大规模的网络场景。(2)提出了一种面向多点协作传输的前传网络资源调度分配算法。该算法主要解决多个小区向边缘移动用户联合发送业务内容时在前传网络中造成的相同数据冗余传输的问题。其创新点在于通过结合小区联合发送机制、TWDM-PON下行广播特点,灵活的将前传数据冗余传输问题转换为协作小区簇分配对应从属虚拟光网络的问题,然后通过小区划分、前传网络拓扑重构,减少冗余数据传输,提升网络的带宽分配效率。仿真结果表明,在限定协作小区簇大小以及用户平均请求带宽的情况下,随着边缘小区移动用户的增加,前传带宽分配效率最大可提升约65%,当小区簇数目增加时,不同情况下前传带宽分配效率有约15%-1 8%的增量。(3)提出了一种面向多媒体组播和异步传输的前传网络资源调度分配算法。该算法主要针对组播过程中向不同用户发送相同内容造成的前传网络带宽额外消耗的问题,在前传下行资源分配过程中考虑组播流数目、组播流平均速率以及组播用户组的大小等因素,灵活地构建前传拓扑,使得接收相同组播内容的用户和小区尽可能由少量的波长资源服务,然后利用TWDN-PON下行广播的方式避免带宽额外的消耗,提升前传带宽分配效率。此外,通过采用异步传输的方式将弹性的业务转移到非峰值阶段发送,也一定程度缓解了前传传输的压力。仿真结果表明,在限定多媒体组播流平均速率以及多媒体组播流数目的情况下,随着组播用户组中平均用户数量的增加,前传带宽效率最大可提升约45%。此外,采用异步传输的方式,前传波长资源使用的最大峰均值比下降了约32%。(4)提出了一种TWDM-PON承载的前传网络中的能量分配算法。该算法针对网络规模扩大与能量消耗之间的矛盾,通过考虑前传中有源器件的能量消耗和工作模式,构建了前传能量消耗模型,并基于业务变化动态的调整前传网络拓扑和有源器件的工作模式,从而实现能量效率的提升。仿真结果表明,相比传统能量供给固定,低效的前传网络,在业务低谷阶段,前传能量效率最大可提升约88%。
【图文】：

示意图,论文研究,管控,本部

的前传网络数据传输冗余的问题；多媒体组播机制中向不同用户组发送相同组播逡逑内容造成的前传网络带宽额外消耗以及弹性业务采用异步传输机制降低前传网逡逑络传输压力的问题；前传网络中的能量消耗问题。论文研究工作的示意图如图１－逡逑１所示。逡逑本文的研究内容和创新点如下：逡逑（１）邋ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承载的前传网络中基于小区工作模式的资源分配调度机逡逑制研宄。逡逑Ｃ－ＲＡＮ网络服务的区域中，随着移动用户在一天当中的位置变化，不同小区逡逑在不同时间段的业务量具有显著的差异，在整个网络中具有明显的潮汐现象。前逡逑传作为ＢＢＵｓ和ＲＲＵｓ之间数据传输的重要桥梁，并不能像传统Ｃ－ＲＡＮ中那样逡逑将其视为透明的数据传输通道。在此背景下，本部分针对Ｃ－ＲＡＮ网络中的业务逡逑潮汐效应造成的前传网络资源分配低效的问题，研究了邋ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承载的前传逡逑１４逡逑

示意图,网络控制层,网络架构,传输层

逡逑２．１．１．１逦ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承载的Ｃ－ＲＡＮ网络架构逡逑图２－１所示为ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承载的Ｃ－ＲＡＮ网络架构示意图。ＰＯＮ网络己经逡逑广泛应用于不同的固移融合网络场景中，，在提升网络数据传输速率、缓解网络带逡逑宽压力等方面起到了重要的作用＞６］。在各具特色的无线和光纤传输技术中，逡逑ＴＷＤＭ－ＰＯＮ架构同时采用了波分复用（ＷＤＭ）和时分复用（ＴＤＭ）技术，既逡逑能提升前传网络的传输容量，又能增强前传网络的灵活性，是建立Ｃ－ＲＡＮ网络逡逑小区中ＲＲＵｓ和中心局ＢＢＵｓ之间数据传输光层链路的重要解决方案之一［７］。在逡逑２８逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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